CN102530624A - 一种薄膜卷绕输送张力稳定控制系统 - Google Patents

一种薄膜卷绕输送张力稳定控制系统 Download PDF

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尹周平
陈建魁
邵琳
熊有伦
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Abstract

本发明提供一种薄膜卷绕输送张力稳定控制系统，包括：放料辊，用于对成卷柔性薄膜的放卷；主动对辊，用于牵引薄膜；从动对辊，用于在张力控制器的控制下辅助主动对辊完成薄膜牵引和保持张力稳定；张力辊，其上设有张力传感器，用于检测薄膜输送过程中的张力；张力控制器，用于依据所述张力传感器采集的张力进行张力闭环控制，闭环控制的输出信号作为从动对辊的驱动电机运转规划指令的补偿，进而控制从动对辊的转速保证张力稳定。本发明通过张力辊+张力放大滤波+驱动补偿形成级联控制系统，可有效的进行柔性薄膜输送中的低张力控制，并有较高的控制精度，适用于超薄、柔性、结构异质薄膜的低张力输送。

Description

一种薄膜卷绕输送张力稳定控制系统
技术领域
本发明涉及一种薄膜卷绕输送张力稳定控制系统，具体地说，是柔性薄膜卷到卷输送过程中的放料、输送时的可调恒定高精度张力控制系统，特别适用于对张力具有较高控制精度的低张力需求工况设备。
背景技术
柔性薄膜稳定输送是柔性电子制备的关键性工艺过程之一。作为输送对象，RFID电子标签制备设备、燃料电池制备生产线均涉及多种超薄、柔性、结构异质类薄膜。超薄柔性薄膜的输送有别于常规的张力输送，为了防止薄膜出现断裂、过大变形，系统不可采用通过提高输送张力的方法来提升控制系统的刚度。此外，多层异质薄膜对张力的稳定性具有更高要求，使得张力控制系统面临新的挑战，需要具有更高控制精度。
为了取得良好的输送效果，柔性薄膜输送过程中的低张力控制尤其重要。稳定有效的张力控制可以有效的防止薄膜在输送过程中折叠、起皱、变形等现象，并有效减少层合工况中薄膜间起泡现象。
发明内容
本发明目的在于克服常规张力控制系统的不足，提供一种适用于薄膜卷绕输送的张力稳定控制系统，调节输送张力并有较高张力控制精度，可用于超薄、柔性、结构异质薄膜的低张力输送。
一种薄膜卷绕输送张力稳定控制系统，包括
放料辊，用于对成卷柔性薄膜的放卷；
主动对辊，用于牵引薄膜；
从动对辊，用于在张力控制器的控制下辅助主动对辊完成薄膜牵引和保持张力稳定；
张力辊，其上设有张力传感器，用于检测薄膜输送过程中的张力；
张力控制器，用于依据所述张力传感器采集的张力进行张力闭环控制，闭环控制的输出信号作为从动对辊的驱动电机运转规划指令的补偿，进而控制从动对辊的转速保证张力稳定；
进一步地，所述张力辊两侧分别设有一个用以增加系统阻尼的惰辊。
进一步地，所述张力控制器包括依次相接的张力信号滤波放大电路、张力软件滤波器以及张力自适应PI控制器；张力信号滤波放大电路，用于将张力传感器采集的张力信号由毫伏级电压提升至0-10V电压，并滤除高频干扰；张力软件滤波器，用于对张力信号滤波放大电路输出的张力信号滤除张力采样干扰和白噪声干扰信号；张力自适应PI控制器，用于对张力软件滤波器输出的张力信号与张力参考值间的差值作比例增益，得到的输出信号作为从动对辊的驱动电机运转规划指令的补偿。
进一步地，所述放料辊包括相接的气胀轴和磁粉制动器。
进一步地，所述张力传感器为法兰式张力传感器。
进一步地，所述张力传感器的采样频率高于从动对辊的伺服闭环控制所需最小采样频率。
本发明的技术效果体现在：
本发明将薄膜输送系统张力控制分为放料模块与输送模块分别控制切实可行，“张力辊+张力放大滤波+驱动补偿”并由此形成的新的级联控制系统可有效的进行柔性薄膜输送中的低张力控制，并有较高的控制精度和较小的张力波动。
附图说明
图1是本发明一种薄膜卷绕输送张力稳定控制系统的结构示意图。
图2是本发明所涉及的从动对辊控制框图的示意图。
具体实施方式
参照图1，一种薄膜卷绕输送张力稳定控制系统，主要包括放料辊11、主动对辊17、从动对辊15、张力辊16以及张力控制器7。放料辊11由料卷、气胀轴、磁粉制动器5组成，料卷固定在气胀轴上，气胀轴末端连接磁粉制动器，磁粉制动器由磁粉控制器5控制，要求的放料张力指令1作为磁粉控制器5的输入，放料模块的张力控制采用开环控制的方式。主动对辊17和从动对辊15采用带有13位编码器的伺服电机驱动，放大器9和10分别为伺服电机所配置，放大器的上位装置采用运动控制卡通道6和8实现，运动控制卡发送速度指令给所述的伺服电机放大器。张力辊16布置在主动对辊17与从动对辊15之间，其两侧另配置有两惰辊13、14，配置惰辊的主要作用在于增加张力控制系统阻尼，缓解伺服电机速度响应造成的高频微小张力波动。惰辊12用于改变薄膜走料、布局方向，可以根据需要配置一根或者多根。张力控制器7包括张力信号滤波放大电路、张力软件滤波器以及张力自适应PI控制器。张力信号滤波放大电路将张力信号由毫伏级电压提升至控制器所需的0-10V电压，并且以硬件滤除高频干扰，特别是电磁干扰。所述的张力软件滤波器选择采用12位低通滤波器或者12位均值滤波器，低通滤波器滤除由张力采样、处理等产生的干扰信号，均值滤波器用于减小张力信号中的白噪声干扰。张力自适应PI控制器，其输入信号为3，反馈信号为实际张力滤波放大值，所述的自适应PI控制器可根据张力偏差的值来调整系统比例增益，其有助于减小系统建立张力所需时间，减小稳定阶段张力波动大小，快速抑制张力扰动。张力控制器7的输出信号作为从动轴运动控制信号的补偿信号，因此所述的从动轴运动指令是原有运转规划指令2和张力补偿指令的综合，由此构成如图2所示的张力级联控制系统，所述的张力级联系统速度环作为控制内环，有效抑制速度扰动带来的张力波动，提高控制系统性能。所述的主动对辊17仅作牵引运动，即其运动指令仅包括规划的运动指令4。
图2为从动对辊控制框图示意图，驱动所述从动对辊15的伺服电机三环控制系统由运动控制卡与伺服电机放大器共同实现。在所述的伺服三环控制系统的基础上，将张力控制环作为伺服控制的最外环，实现张力补偿控制，从动对辊将在原有运动的基础上根据张力偏差大小进行补偿转动，通过其转动，实现低张力精确控制，同时由于采用了自适应PI控制，该控制方法可以保证系统有较高的响应性和鲁棒性。

Claims (6)

1.一种薄膜卷绕输送张力稳定控制系统，包括
放料辊，用于对成卷柔性薄膜的放卷；
主动对辊，用于牵引薄膜；
从动对辊，用于在张力控制器的控制下辅助主动对辊完成薄膜牵引和保持张力稳定；
张力辊，其上设有张力传感器，用于检测薄膜输送过程中的张力；
张力控制器，用于依据所述张力传感器采集的张力进行张力闭环控制，闭环控制的输出信号作为从动对辊的驱动电机运转规划指令的补偿，进而控制从动对辊的转速保证张力稳定。
2.根据权利要求1所述的薄膜卷绕输送张力稳定控制系统，其特征在于，所述张力辊两侧分别设有一个用以增加系统阻尼的惰辊。
3.根据权利要求1所述的薄膜卷绕输送张力稳定控制系统，其特征在于，所述张力控制器包括依次相接的张力信号滤波放大电路、张力软件滤波器以及张力自适应PI控制器；
张力信号滤波放大电路，用于将张力传感器采集的张力信号由毫伏级电压提升至0-10V电压，并滤除高频干扰；
张力软件滤波器，用于对张力信号滤波放大电路输出的张力信号滤除张力采样干扰和白噪声干扰信号；
张力自适应PI控制器，用于对张力软件滤波器输出的张力信号与张力参考值间的差值作比例增益，得到的输出信号作为从动对辊的驱动电机运转规划指令的补偿。
4.根据权利要求1所述的薄膜卷绕输送张力稳定控制系统，其特征在于，所述放料辊包括相接的气胀轴和磁粉制动器。
5.根据权利要求1所述的薄膜卷绕输送张力稳定控制系统，其特征在于，所述张力传感器为法兰式张力传感器。
6.根据权利要求5所述的薄膜卷绕输送张力稳定控制系统，其特征在于，所述张力传感器的采样频率高于从动对辊的伺服闭环控制所需最小采样频率。
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